移动机械臂整体控制研究

针对以固定的基坐标系机器人抓取不便,设计了一套移动机械臂整体,将一种以STM32为主控单元的六自由度机械臂,安装在配备有Kinect传感器的TurtleBot2移动机器人之上。通过TurtleBot2移动机器人及Kinect传感器实现的路径规划、环境地图构建和避障等功能,来控制六自由度机械臂的运动,配合机械臂的手动抓取和自动抓取,进行移动机器人与机械臂的协同运动控制。     

一种头部姿态控制型智能机械臂装置

为了帮助部分残障人士提高生活自理能力,设计了一种姿态控制型智能机械臂装置.该装置的前端监测模块以STM32F103微处理器为核心,使用MPU6050传感器采集头部姿态数据,处理后经WiFi送出;装置的执行控制模块则以STM32F407微处理器为核心,以WiFi模块接收采集数据,控制机械臂做出相应动作;装置还可以通过手机App,实现由语音识别控制整个装置的启停,以及机械爪的开合等功能.装置的各模块都通过无线局域网互联互通,安装灵活方便.经实际测试可见,通过头部运动及语音指令,该装置能够控制机械臂准确完成对物体的抓取、移动及释放等动作,达到了模拟手臂基本功能的效果.     

双连杆柔性机械臂的主动控制

对柔性双连杆机械臂位置的主动控制进行研究,给出系统的动力学方程,采用非线性解耦反馈控制方法分别得出系统大范围运动方程和柔性臂的动力学方程,并采用机械臂逆动力学方法和LQR方法分别设计大范围运动控制律和压电作动器控制律.仿真结果表明,该控制方法能够有效地控制机械臂到达的指定位置,并且抑制柔性臂的弹性振动.     

多模态交互智能轮椅控制系统的研究

多模态交互智能轮椅是在现有的摇杆电动轮椅基础上,新增触摸屏和语音控制方式,提高了轮椅的控制便捷性和智能性。整个系统采用模块化思想,将驱动电路、主控电路和保护电路进行有机结合,对轮椅电机驱动器进行设计和改进,实现了轮椅调速和变向功能。交互系统采用双主控芯片,触屏交互采用STM32F103ZET6主控芯片,在移植μC/OS-Ⅲ实时操作系统和emWin图形界面库的基础上进行交互界面设计,并以4.3寸电容屏为显示和触摸终端。语音交互采用LD3320模块,通过串口与STM32F103ZET6通信。摇杆控制模块通过与驱动器主控相连接完成交互。电机驱动器以STM32F103RCT6为主控,主要任务是摇杆ADC的采集、电机调速PWM的产生和电机电流的检测。两个主控之间通过串口通信,经验证,系统显示界面友好、性能可靠、运行稳定且实时性好。     

八自由度全自动隧道喷浆机器人系统设计

对一款八自由度隧道喷浆机械臂进行了全自动喷浆系统的设计,引入虚拟关节并结合D-H(DenavitHartenberg)参数表来建立正向运动学模型,通过固定关节角法进行机械臂逆向运动学解算.采用激光雷达实现隧道面三维数据的采集,并对原始点云数据进行了去噪、采样、隧道面提取和中轴线提取等处理.采用点云切片技术处理三维点云数据,根据待喷面检测结果实现最优喷涂轨迹规划.最后采用模糊自整定PID控制算法控制机械臂各关节运动以实现全自动喷浆.在搭建的模拟隧道环境下进行了真机实验验证,设计的机器人能够全自动地实现三维扫描、待喷面识别、轨迹规划和运动控制功能,具有隧道全自动喷浆的能力.     

漂浮基空间机械臂T-S模糊鲁棒控制

针对存在参数不确定和外界干扰的空间机械臂,利用反馈线性化技术建立了系统追踪期望轨迹的误差动力学方程,设计系统追踪期望运动的滑模鲁棒控制方案,并通过系统Lyapunov稳定性证明选择滑模控制参数;简化并改进T-S模糊推理规则,设计模糊滑模鲁棒控制方法;运用逐步仿真的方法对空间机械臂追踪期望运动各种情况进行数值分析.仿真结果证实了所设计的T-S模糊滑模鲁棒控制方案的有效性和稳定性,它可解决传统滑模控制的抖振问题并具有计算量少、控制力矩小的优点,可提高系统轨迹跟踪的精度.     

基于模糊自适应PID控制的机器人运动控制仿真研究

通过对机器人运动控制的研究,确立机器人控制系统的运动模型,将运动控制系统的动力特性和控制特性相结合,给出了基于模糊自适应PID控制的机器人控制方法,使机器人能够精确地实现点到点以及任意转角的运动控制。利用Matlab进行仿真实验,结果表明本文所研究的运动控制方法切实可行,能够满足机器人运动控制方面的设计需求,同时也能提高对机器人控制的精度和准确性。     

基于接触力识别的人机协作控制系统设计与实现

为实现人机协作搬运,设计了一种基于接触力操作意图识别的搬运机器人原型机.以直联方式设计由刚性杆和伺服电机构成的单自由度运动机械臂,研究位置控制器,实现扭矩工作模式下的闭环控制.为获取操作意图信息,在刚性杆末端两侧分别设置FSR薄膜压力传感器,用于检测操作者与机械臂的短暂接触力.对应3种常见操作情况给出相应时域算法提取接触特征信息,通过设计相应映射规则,识别操作者意图,生成指令作为期望运动,并通过位置控制环,机械臂到达操作者意图目标位置.采用本研究构建的单自由度平面机械臂半实物仿真系统,设计了由4个定点目标位置和正、反2个运动方向组成的控制任务,对提出的人机协作控制算法进行验证.结果表明,对4定点正向和反向运动控制任务,机械臂均按操作者意图,快速到达正确位置, 说明所设计基于接触力的搬运机器人系统具有可行性.     

核电站蒸汽发生器维修机器人控制系统设计

针对一种用于核电站蒸汽发生器水室内辅助检修任务的6自由度作业机械臂,对其控制系统和运动轨迹规划进行设计研究.分析作业机械臂的工作环境和检修任务需求,设计了机器人的控制系统;对作业机械臂进行关节空间轨迹规划和笛卡尔坐标系轨迹规划,实现作业机械臂的点对点运动和连续路径运动,并利用深度相机和霍夫变换圆检测原理实现作业机械臂末端对管板圆孔的定位;对作业机械臂进行了轨迹规划运动实验和圆孔定位实验,结果表明,作业机械臂能够实现直线、圆弧轨迹运动和管板圆孔识别定位,满足蒸汽发生器的全方位检修要求.     

六自由度机械臂基于TTF字库的汉字书写系统设计

为实现机械臂精确的轨迹规划与实时位置跟踪,针对GALIL DMC控制板卡,设计了工业机械臂实时位置跟踪控制系统和轨迹规划算法,使用REbot-V-6R六自由度机械臂完成了汉字轮廓绘制。首先,编程提取Windows自带的true type font(TTF)矢量字库的汉字轮廓信息,使用插补算法重新进行轨迹规划;然后,建立了六自由度机械臂的运动学模型,设计了机械臂末端位置控制器;最后,采用位置跟踪模式实现机械臂的运动控制,实现了机械臂的汉字书写功能。     

带滑移铰空间机械臂协调运动的自适应分解运动控制

讨论了载体位置不受控制的漂浮基带滑移铰空间机械臂本体姿态与末端抓手惯性空间轨迹协调运动的逆运动学问题.结合系统动量守恒关系进行的系统运动学分析表明,可以将空间机械臂本体姿态与末端抓手惯性空间轨迹协调运动的增广广义Jacob i矩阵表示为一组适当选择的组合惯性参数的线性函数.以此为基础,设计了系统部分参数未知情况下,由本体姿态期望运动及机械臂末端抓手惯性空间期望运动轨迹产生机械臂关节铰期望角速度、角加速度的自适应控制算法.由于充分利用了空间机械臂系统动量守恒的动力学特性,本文提出的方法具有不需要测量、反馈载体基的位置、移动速度及移动加速度的显著优点.系统数值仿真证实了该方法的有效性.     

全向移动机器人运动控制系统的研究与实现

利用数字信号处理器为核心控制芯片，以足球机器人为应用对象，进行了三轴全向移动机器人运动控制系统的设计与实现。通过运动学分析，对平移、原地旋转、边平移边转身3种运动方式进行了研究和建模；采用上位机、无线模块、DSP控制模块、指南针等硬件设备搭建硬件系统，实现了各种运动模式。经联机调试，系统运动灵活，定位和姿态精确，可为其他全向移动平台的设计提供理论与实践的借鉴，也可为控制算法的研究提供硬件条件。     

基于ADAMS的双臂作业机器人的运动学分析及仿真

对双臂作业机器人的协调控制问题进行分析,采用D-H法在直角坐标系下建立了机器人双臂联合运动学模型。通过在机械臂的每个连杆机构上建立坐标系,得到主机械臂的D-H参数,解出主机械臂运动学正解。在已知约束条件下,通过在末端执行器上添加点驱动,规划单臂运动路径。借助ADAMS软件运动仿真,在后处理模块中得到主机械臂各个关节角度随时间变化的曲线图,曲线过渡平滑,角度变化在预先设定的转角范围内,满足操作任务要求。     

基于ARM的新型空间三维输入装置设计

本文提出了一种新型空间三维输入装置,给出了三维输入设备控制系统整体架构,在分析其工作原理的基础上,基于STM32处理器对实现三维输入功能的控制系统进行了详细的设计,主要包括三轴模拟输入AD转换电路、STM32最小系统电路、蓝牙模块接口电路和LCD液晶显示接口等。     

基于ARM和FPGA的软体机器人的CAN总线运动控制器的设计

针对在软体机器人控制时,多电机协同控制过程中难度大、通用性差、协同性差等缺点,设计了基于ARM[adanced RISC(reduced instruction set computing) machines]和FPGA(field-programmable gate array)的软体机器人的控制器局域网络(controller area network,CAN)总线运动控制器,采用ARMCortex-M4为内核的STM32F407开发板和AX7102 FPGA开发板设计一种基于CAN总线的软体机器人运动控制器,主要包括该系统的体系架构、硬件设计和软件设计等。该控制器利用STM32作为控制核心和FPGA的高速处理能力来实现控制算法的运算,并用CAN总线技术来实现与上位机通信。经过试验操作,该控制器可以满足预定要求。     

无线数据传输设计在电火花震源地震勘探中的应用

为实现电火花震源在陆上无电缆地震勘探作业,解决电缆自身存在的体积庞大、不易搬运、易损坏等问题,采用XL-01数字音频模块,STM32F103ZET6作为核心控制模块,设计一套无线数据传输系统,应用于电火花震源勘探系统中,并给出软、硬件的技术实现;上位机方面采用STM32F103ZET6作为核心控制器,搭载内部12位ADC作为数据采集,采集到的数据均通过串口上传至PC端。结果表明:该系统在数据传输无缆施工中有显著意义,并能为相关行业的发展提供新思路。     

创伤手指康复机械手嵌入式控制系统

针对研制的创伤手指功能康复机械手,研究了以ARM芯片S3C2410为核心的嵌入式系统平台、基于SPI总线的电机控制和数据采集模块,以及控制软件和图形用户界面的设计,还结合机械系统设计了传感系统,实现了康复运动产生、康复数据采集等系统功能,为该系统用于临床康复试验奠定了基础。     

漂浮基空间机械臂姿态与末端爪手协调运动的模糊变结构滑模控制

讨论了载体姿态受控、位置不受控制情况下,漂浮基空间机械臂载体姿态与末端爪手协调运动的控制问题.结合系统动量守恒关系,分析、建立了空间机械臂系统运动的Jacob i关系及完全能控形式的系统动力学方程.在此基础上,应用变结构滑模控制理论设计了空间机械臂载体姿态与末端爪手惯性空间轨迹协调运动的变结构滑模控制方案;为了克服上述变结构滑模控制器抖振的缺点,附加设计了一个模糊控制器,以根据系统的控制输出来动态调节变结构滑模控制器等速趋近率的系数,从而达到既保证系统具有快速响应又能消除原有控制器具有抖振缺点的目的.系统数值仿真运算,证明了上述控制方案的有效性.